Lentokoneiden moottoreiden kompressori- ja turbiinilevyjen kuormitusominaisuudet ja laskentatila

Lentokoneiden moottoreiden kompressori- ja turbiinilevyjen kuormitusominaisuudet ja laskentatila

Vaikka kompressori- ja turbiiniroottoreiden toiminnoissa ja rakenteissa on eroja, lujuuden suhteen pyörien työolosuhteet ovat suunnilleen samat. Turbiinilevy on kuitenkin korkeammassa lämpötilassa, mikä tarkoittaa, että turbiinilevyn työympäristö on ankarampi.

Lentokoneen moottorin kompressorilevyn tai turbiinilevyn kantamat kuormat ovat seuraavat:

1. Massakeskipakovoima

Juoksupyörän on kestettävä roottorin pyörimisen aiheuttama siipien ja itse siipipyörän keskipakovoima. Seuraavat nopeusolosuhteet tulee ottaa huomioon lujuuslaskelmissa:

Vakiintuneen tilan toimintanopeus lennon sisäpuolella määritellyssä lujuuden laskentapisteessä;

Suurin sallittu vakaan tilan toimintanopeus, joka on määritetty mallin eritelmissä;

115 % ja 122 % suurimmasta sallitusta vakaan tilan käyttönopeudesta.

Levylle asennetut terät, lukot, ohjauslevyt, pultit, mutterit ja ruuvit sijaitsevat kaikki pyörän levyn reunassa. Yleensä pyörän levyn ulkoreuna on uran alaosassa. Olettaen, että nämä kuormat jakautuvat tasaisesti pyörän levyn ulkoreunan pinnalle, tasainen kuorma on:

Missä F on kaikkien ulkoisten kuormien summa, R on pyörän ulkokehän säde ja H on pyörän ulkoreunan aksiaalinen leveys.

Kun uurre- ja tappiuran pohja on yhdensuuntainen pyörän kiekon pyörimisakselin kanssa, ulkoreunasäteeksi otetaan sen sijainnin säde, jossa uran pohja sijaitsee; kun uurre- ja tappiuran pohjalla on kaltevuuskulma säteen suunnassa pyörän kiekon pyörimisakselin kanssa, ulkoreunasäde otetaan suunnilleen etu- ja takareunan uran pohjasäteiden keskiarvoksi.

2. Lämpökuorma

Pyörälevyn on kestettävä epätasaisen lämpenemisen aiheuttama lämpökuorma. Kompressorilevyn lämpökuorma voidaan yleensä jättää huomiotta. Kuitenkin moottorin kokonaispainesuhteen ja lentonopeuden kasvaessa kompressorin ulostuloilmavirta on saavuttanut erittäin korkean lämpötilan. Siksi levyjen lämpökuorma ennen ja jälkeen kompressorin ei ole joskus vähäpätöinen. Turbiinilevylle lämpöjännitys on tärkein vaikuttava tekijä keskipakovoiman jälkeen. Seuraavat lämpötilakentät tulee ottaa huomioon laskennassa:

Vakiintuneen tilan lämpötilakenttä kullekin lennon verhokäyrässä määritellylle vahvuuslaskelmille;

Pysyvän tilan lämpötilakenttä tyypillisessä lentojaksossa;

Siirtymälämpötilakenttä tyypillisessä lentojaksossa.

Jos estimoinnissa alkuperäistä dataa ei voida toimittaa täysin eikä mitattua lämpötilaa ole viitteeksi, voidaan arvioinnissa käyttää suunnittelutilan ja korkeimman lämpökuormitustilan alaisia ​​ilmavirtaparametreja. Empiirinen kaava levyn lämpötilakentän arvioimiseksi on:

Kaavassa T on lämpötila vaaditulla säteellä, T0 on lämpötila levyn keskireiällä, Tb on lämpötila levyn reunalla, R on mielivaltainen säde levyllä ja alaindeksit 0 ja b vastaavat keskireikää ja vastaavasti reunaa.

m=2 vastaa titaaniseosta ja ferriittistä terästä ilman pakkojäähdytystä;

m=4 vastaa nikkelipohjaista metalliseosta, jossa on pakkojäähdytys.

• Korkeapainekompressorilevylle

Pysyvän tilan lämpötilakenttä:

Kun jäähdytysilmavirtaa ei ole, voidaan katsoa, ​​että lämpötilaeroa ei ole;

Kun on jäähdytysilmavirta, Tb voidaan suunnilleen ottaa ilmavirran ulostulolämpötilaksi kanavan kullakin tasolla + 15℃, ja T0 voidaan suunnilleen ottaa ilmavirran ulostulolämpötilaksi poistojäähdytysilmavirtaustasolla + 15℃.

Ohimenevä lämpötilakenttä:

Tb voidaan suunnilleen pitää kanavan ilmavirran kunkin tason ulostulolämpötilana;

T0 voidaan pitää noin 50 % pyörän vanteen lämpötilasta, kun jäähdytysilmavirtaa ei ole; kun on jäähdytysilmavirtaa, se voidaan suunnilleen ottaa jäähdytysilmavirran poistovaiheen ulostulolämpötilaksi.

• Turbiinilevylle

Pysyvän tilan lämpötilakenttä:

Tb0 on terän juuren poikkileikkauslämpötila; △T on tapin lämpötilan lasku, joka voidaan ottaa suunnilleen seuraavasti: △T = 50-100℃ kun tappia ei jäähdytetä; △T = 250-300℃ kun tappi on jäähtynyt.

Ohimenevä lämpötilakenttä:

Jäähdytyssiivet sisältävä levy voidaan arvioida seuraavasti: ohimenevä lämpötilagradientti = 1.75 × vakaan tilan lämpötilagradientti;

Levy ilman jäähdytyssiipiä voidaan arvioida seuraavasti: ohimenevä lämpötilagradientti = 1.3 × vakaan tilan lämpötilagradientti.

3. Siipien välittämä kaasuvoima (aksiaalinen ja kehävoima) ja kaasun paine juoksupyörän etu- ja takapäässä

• Teristä välittyvä kaasuvoima

Kompressorin siipien osalta yksikön siipien korkeuteen vaikuttava kaasuvoimakomponentti on:

Aksiaalinen:

missä Zm ja Q ovat siipien keskimääräinen säde ja lukumäärä; ρ1m ja ρ2m ovat ilmavirran tiheys tulo- ja poisto-osissa; C1am ja C2am ovat ilmavirran aksiaaliset nopeudet tulo- ja poisto-osien keskimääräisellä säteellä; p1m ja p2m ovat ilmavirran staattinen paine tulo- ja poisto-osien keskimääräisellä säteellä.

Kehäsuunta:

• Turbiinien siipille

Kaasuun kohdistuvan voiman suunta eroaa kahdesta yllä olevista kaavoista negatiivisella merkillä. Kaksivaiheisen juoksupyörän (erityisesti kompressorin siipipyörän) välisessä ontelossa on yleensä tietty paine. Jos paine viereisissä tiloissa on erilainen, syntyy paine-ero juoksupyörässä näiden kahden ontelon välillä, △p = p1-p2. Yleensä, △p:llä on vain vähän vaikutusta siipipyörän staattiseen lujuuteen, varsinkin kun juoksupyörän pinnassa on reikä, △p voidaan jättää huomiotta.

4.Ohjauslennon aikana syntynyt gyroskooppinen vääntömomentti

Suurihalkaisijaisilla tuuletinlevyillä, joissa on tuulettimen siivet, tulee ottaa huomioon gyroskooppisten momenttien vaikutus levyn taivutusjännitykseen ja muodonmuutokseen.

5.Terän ja levyn tärinän synnyttämät dynaamiset kuormitukset

Levyssä terien ja kiekkojen värähtelyn aikana syntyvä tärinäjännitys tulee asettaa staattisen jännityksen päälle. Yleiset dynaamiset kuormat ovat:

Jaksottainen epätasainen kaasuvoima teriin. Virtauskanavassa olevan kannakkeen ja erillisen polttokammion vuoksi ilmavirtaus on kehällä epätasainen, mikä tuottaa jaksoittaisen epätasapainoisen kaasun jännitysvoiman siipille. Tämän jännittävän voiman taajuus on: Hf = ωm. Heidän joukossaan ω on moottorin roottorin nopeus ja m on kannattimien tai polttokammioiden lukumäärä.

Jaksottainen epätasainen kaasun paine levyn pinnalla.

Kiihottava voima, joka välittyy levyyn liitetyn akselin, liitosrenkaan tai muiden osien kautta. Tämä johtuu akselijärjestelmän epätasapainosta, joka aiheuttaa koko koneen tai roottorijärjestelmän värähtelyn, jolloin liitetty levy tärisee yhdessä.

Moniroottorisen turbiinin siipien välillä on monimutkaisia ​​häiriövoimia, jotka vaikuttavat levy- ja levyjärjestelmän värähtelyyn.

Levykytkimen tärinä. Levyn reunakytkennän tärinä liittyy levyjärjestelmän luontaisiin värähtelyominaisuuksiin. Kun levyjärjestelmään kohdistuva jännittävä voima on lähellä tiettyä järjestelmän dynaamisen taajuuden luokkaa, järjestelmä resonoi ja tuottaa värähtelyjännitystä.

6.Asennusjännitys levyn ja akselin välisessä liitoksessa

Levyn ja akselin välinen häiriösovitus synnyttää levyyn kokoonpanorasituksen. Asennusjännityksen suuruus riippuu häiriösovituksesta, kiekon ja akselin koosta ja materiaalista ja liittyy muihin levyyn kohdistuviin kuormituksiin. Esimerkiksi keskipakokuormituksen ja lämpötilajännityksen olemassaolo suurentaa levyn keskireikää, vähentää häiriöitä ja vähentää siten kokoonpanojännitystä.

Edellä mainituista kuormista massakeskipakovoima ja lämpökuorma ovat pääkomponentteja. Lujuutta laskettaessa tulee ottaa huomioon seuraavat pyörimisnopeuden ja lämpötilan yhdistelmät:

Jokaisen lentoverhokäyrässä määritellyn vahvuuslaskentapisteen nopeus ja vastaavan pisteen lämpötilakenttä;

Vakiintuneen tilan lämpötilakenttä suurimmassa lämpökuormituspisteessä tai suurin sallittu lämpötilaero lennon aikana ja suurin sallittu vakaan tilan toimintanopeus tai vastaava vakaan tilan lämpötilakenttä, kun suurin sallittu vakaan tilan toimintanopeus saavutetaan lennon aikana.

Useimmille moottoreille lentoonlähtö on usein pahin jännitystila, joten lentoonlähdön aikana tapahtuvan transienttilämpötilakentän (kun suurin lämpötilaero saavutetaan) ja lentoonlähdön aikaisen maksimikäyttönopeuden yhdistelmää tulee harkita.